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고분자고체형연료전지용 나노백금족입자의 제조와 응용기술 동향
Trends in Production and Application Technology of Nano-platinum Group Particles for PEFC 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.26 no.3, 2017년, pp.79 - 91  

길상철 (한국과학기술정보연구원) ,  황용길 (동아대학교 (ReSeat프로그램))

초록
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수소연료전지자동차(FCV)의 핵심은 고분자고체형연료전지(Polymer Solid Fuell Cell: PEFC)이고 전지 중에서 전기화학적 전기를 발생하는 핵심 소재는 백금촉매이다. 백금은 남아프리카와 러시아 등에 편재되어있고, 백금의 세계생산량은 연간 약 178톤이고 고가이므로 리싸이클링 한다. 현재 PEFC에 Pt를 사용하는 양은 $0.2{\sim}0.1mg/cm^2$인데, 전지의 가격을 줄여서 FCV보급을 확대하기 위하여 사용하는 Pt양을 $0.05{\sim}0.03mg/cm^2$까지 감소시키는 것을 목표로 하여 각국이 연구 개발하고 있다. 나노배금 제조기술은 건식법과 습식법으로 크게 나누며 습식환원법을 중심으로 제조하는 방식이 Pt를 제조하는데 유리하다. 나노Pt를 이용하여 폴리올법, 개량형 Cu-UPD/Pt 치환법 및 나노캡슐법 등에 의해 $Pt-Pd/Al_2O_3$, Pt/C, Pt/GCB, Pt/Au/C, PtCo/C, PtPd/C 등의 Pt촉매가 연구 개발되고 있으며, Pt촉매의 활성향상 및 안정화 기술 등이 보고되고 있다. 본고는 나노Pt와 나노Pt촉매의 제조기술 및 폐 촉매의 리사이클링 및 Pt촉매의 응용기술 경향을 조사 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The core of Hydrogen Fuel Cell Vehicles (FCV) is polymer solid fuel cell (PEFC), and the core material that generates electrochemical electricity in the cell is platinum catalyst. Platinum is localized in South Africa and Russia, and the world production of Pt is about 178 tons per year, which is ex...

주제어

#나노백금족입자   #고분자고체형연료전지   #백금촉매   #나노캡슐   #리싸이클링  

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
나노Pt 제조방법은 어떻게 분류되는가? 나노Pt 제조방법은 기상법과 액상법으로 크게 분류한다8). 나노Pt입자 제조방법은 고주파플라스마 법에 의한 나노입자제조기술9), 전기분해에 의한 프라스마-액체 계면에서의 나노입자합성10), 초음파여기반응장을 이용한 나노금속입자제조11,12), 합금화를 이용한 귀금속용해법13), 표면폴리올 환원법14), N-methylpyrolidone(NMP)을 이용한 백금나노입자 제조법15) 등을 이용한 나노입 자제조 및 수용액염을 액상 환원법으로 나노입자를 제조하는 방법16), 수계 Pt나노입자 제조 및 분산액 제조17) 등 여러 방법이 있다.
친환경 에코자동차 중 FCV의 장점은 무엇인가? 29250에 의하면 2015년도에 세계 FCV 생산량은 약 6,000대이고 2025년도 경에는 FCV를 25만대까지 증가할 전망이며, 현대자동차는 세계시장 점유율을 40~50% 달성할 야심찬 목표로 연구 개발 및 시험판매하고 있다. 친환경 에코자동차 중에도 EV는 1회 충전시간이 30분에 운행거리가 200 Km 정도이지만 FCV는 1회 수소충전 3분에 운행거리가 500 Km 이상이므로 가솔린 승용차의 운행거리와 거의 비슷하여 장래 FCV자동차로 대체할 전망이 밝게 보인다.
PEFC의 높은 제조비용을 감소시킬 수 있는 방법으로 무엇이 있는가? PEFC는 백금촉매를 사용하기 때문에 높은 제조비용이 과제이다. 이 과제의 해결방법 중 하나는 Pt 나노입자 미세화로 분산면적을 증가시킴으로써, Pt 사용량을 줄이고 효율을 향상시키는 방법, 다른 금속과 복합하여 Pt양을 저감 하거나 백금이외의 금속으로 촉매를 제조하는 방법들이 연구 개발되고 있다5-7).
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참고문헌 (32)

  1. Watanabe Yasushi 2011 : The Development of Platinum Group Resources, KINZOKU, 81(2), pp. 99-103. 

  2. http://mric.jogmec.jp/public/2014.../5,20140601 

  3. Johnson Matthey, Platinum 2010(Japan) 

  4. Yoko Yamabe-Mitarai, et al., 2011 : Effective Use of Platinum Group Metals, J. Japan Inst. Metals, 75(1), pp. 10-20. 

    상세보기 crossref

  5. T. Osaki and Y. Tai, 2011 : Technology for reducing platinum group elements in catalysts by controlling pore structure, KINZOKU, 81(2), pp. 109-112. 

  6. S. Miyata and M. Kakimoto, 2010 : Carbon alloy low price substitute alternative to platinum, Eng. Materials Japan, 58(1), pp. 20-21. 

  7. NEDO Report, 2008: Research and development trend of fuel cell platinum alternatives, NEDO, No. 1015, pp. 1-9. 

  8. A. Hyono and T. Yonezawa, 2010 : Wet Preparation Process of Metal Nano and Fine-Particles and Their Applications, Ceramics, 45(8), pp. 609-612. 

  9. Nakamura Keitaro, 2014 : Examples of manufacturing by nanoparticle manufacturing technology high frequency plasma method, Eng. Materials Japan, 62(12), pp. 33-36. 

  10. Naoki Shirai, 2014 : Synthesis of Nanoparticles by Plasma-liquid Interaction Using Atmospheric Plasma Electrolysis, Function & Materials, 34(10), pp. 4-9. 

  11. Hayashi Yamato, 2014 : Creation of nanometer microstructure using ultrasonic stimulus counter, KINZOKU, 84(11), pp. 886-893. 

  12. Toshio Sakai, 2013 : Synthesis of gold ion reduction in ultrasonic irradiation water and autogenous formation of gold nanoparticles, Chemical Engineering, 0(4), pp. 265-270. 

  13. H. Sasaki, M. Maeda, 2011 : Dissolution Method for Precious Metals Using Alloying and Atomization Pretreatment, J. Japan Inst. Metals, 75(11), pp. 602-606. 

    상세보기 crossref

  14. T. Miki and Y. Tai, 2014 : Technology for using platinum group gold mineralization in automobile exhaust gas catalyst. KINZOKU, 84(10), pp. 602-608. 

  15. http://japanscience and technology agency. 

  16. Mika Eguchi, et al., 2011 : Characterization of Multi-Walled Carbon Nanotube-Supported Pt catalyst prepared by metyal nanocolloidal solution for a Polymer Electrolyte Fuell Cell catalyst, Surface Technology, 62(3), pp. 179-182. 

  17. Tohoku University, 2013 : Succeeded in commercialization of water-based platinum nanoparticle dispersion that does not use protective gauze, Tohoku University, 3m. 

  18. C. Horike, K. Morita, and T. H. Okabe, 2013 : Dissolution of Platinum by Hydrochloric Acid : Development of Envirnmentally Sound New Recycling Process, Materia Japan, 52(2), pp. 71-73. 

    상세보기 crossref

  19. Y. Miyabayashi, 2013 : Recycling of copper, precious metals using copper smelting, KINZOKU, 83(11), pp. 916-920. 

  20. Tanaka Mikiya, 2011 : Recycling of Rare-metals Japan, Chemical and Education Japan, 59(10), pp. 520-523. 

  21. Narita Hirokazu, 2011 : Petrochemical separation and purification of platinum group catalyst recycle, KINZOKU, 81(2), pp. 104-108. 

  22. Mikiya Tanaka, et al., 2011 : Studies on the Recycling Technologies for Rare Metals Mainly by Hydromeallurgical Methods, Materia Japan, 50(4), pp. 161-16. 

    상세보기 crossref

  23. Makoto Uchida, et al., 2015 : Development of High Performance Electrochatalysts for Fuel Cell Vehicles by Nanotechnology, J. Society of Automotive Eng. Japan, 69(11), pp. 63-71. 

  24. Watanabe Masahiro, 2010 : Research and development of innovative materials for next generation fuel cells, Panasonic Technical Journal, 56(2), pp. 76-81. 

  25. T. Miki and Y. Tai, 2015 : Development of Preparation Method Suitable for the Mass production of PGM Nano-Particle Catalyst, J. Society of Automotive Eng. Japan, 69(11), pp. 33-38. 

  26. H. Taimon and M. Inaba, 2014 : Development of highly activated durable core/shell catalyst for fuel cells, Engineering Materials Japan, 62(6), pp. 38-42. 

  27. Makoto Uchida, et al., 2013 : Development History and Future Design of Reduction of Pt in Catalyst Layer and Improvement of Reliability for Polymer Electrolyte Fuell Cells, Pulverization Japan, No. 56, pp. 3-11. 

  28. Ohhata Tsumoru, 2015 : Mixed dispersion technology for making fuel cell catalyst slurry, Engineering Materials Japan, 63(12), pp. 49-52. 

  29. Fuel cell field, New Energy Department, 2014 : NEDO New Energy Achievement Report, NEDO, 6 m. 

  30. http://fuelcell.kist.re.kr/Teams/fuellcell/03-02.htm 

  31. ahm@ekn.kr 

  32. http://kbmaeil.com/news/articlePrint.html?idxno249347 

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